무기 토론방

디젤엔진 부하에 관하여 (Duty)

  작성자: 솔개79
조회: 1214 추천: 4 글자크기
5 0

작성일: 2020-07-17 12:06:34

디젤엔진을 장착하는 장비에 있어서 그 장비가 엔진을 얼마나 가혹하게 사용하느냐에 따라서 구분하는 논리를 설명드립니다.


Light Duty

Medium Duty

Heavy Duty 


로 나눕니다.  


일단 엔진에서 Duty라고 하는 것에  대해서 일단 알기 쉽게 설명해 보겠습니다.  


승용차는 Light Duty 의 대표적인 사례입니다.  


예를 들어서 최대 100 마력/6000 rpm 이라는 엔진을 장착한 차가 있다고 가정합니다.


이 승용차를 산 사람이 그 차를 폐기할 때까지 그 차의 엔진을 6000 rpm 100 뿜어 내는 운전을 단 한 번도 하게 되는 일이 없다고 장담합니다.

차를 운전할 때 가속 페달을 100 %를 밞고 회전은 6000 rpm에 이르면 100 마력이 나옵니다.  


승용차에서 이런 운전을 할 수 있는 방법은 극단적인 조건에서만 가능합니다.

가령 30 % 쯤 되는 급 경사로에서 1 단으로 올라가는 경우 정도를 상정할 수 있지요.  만약에 이런 운전 조건을 햔실화시킬 수 있어서 실제도 그렇게 가동을 하면 1 시간 안에 엔진을 고장 날 게 뻔합니다.  그 전에 라디에이터 과열로 ECU가 엔진을 정지 시키거나 말이죠.


참고로 국내 도로는 10% 넘는 경사로가 없습니다.   산복도로 중에서 구불구불한 낭떠러지 길 중에 그런 구간이 있는데, 이는 가속해서 운전을 할 수 없는 도로입니다.  


승용차 엔진은 그 출력의 0 ~ 50 % 정도 쓰는 게 고작이죠.  이런 걸 Light Duty 라고 합니다.  승용차 중에는 250 ~ 350 마력짜리들도 있지요.

그런데 그 출력 전체를 뽑아 쓰는 일은 거의 없습니다. 


Heavy Duty Truck 이라는 게 있습니다. 페이로드 8 톤 이상의 트럭은 모두 여기에 해당됩니다.  가령 길에서 자주 보는 25 톤 덤프를 생각해 보겠습니다.  페이로드가 25 톤이면 차량 총 중량은 40 톤인 차 입니다.  


불과 2 톤이 안 되는 승용차가 200 마력 엔진을 탑재하고 있는데, 40 톤 트럭은 대개 500 마력짜리 엔진을 탑재하고 있습니다.  이 트럭들은 정말로 정격 출력에 육박하는 고도의 혹독한 운전 조건으로 운전을 합니다. 


우리가 엔진을 내 놓을 떼 이 엔진을 Light Duty로 내 놓을 때 200 마력짜리라면, 같은 엔진을 Heavy Duty라는 사용하는 장비라면 100 마력 짜리로 낮춥니다. 


이런 게 Light Duty 또는 Heavy Duty  라는 개념입니다.


대개 디젤 엔진은 Heavy Duty로 사용하는 장비가 많습니다.  디젤 엔진을 탑재하는 장비 중에서 구분하자면,


1 톤 트럭은 light Duty 에 가깝습니다.


발전기용 엔진이라면 Continuous 는 Heavy Duty로 볼 수 있고, 비상 발전기는 Light Duty에 가깝습니다. 

(같은 엔진이라도 비상 발전기로 사용한다고 하면 출력을 좀 더 올려 줍니다.)


중장비는 거의 다 Heavy Duty 입니다.  중장비 중에서 대개 휠 로더라는 장비가 가장 부하가 많이 걸리는 장비가 되겠습니다.  


이런 엔진은 High Idle 이라는 개념이 있습니다.  그령 2400 rpm에 200 마력 짜리다고 한다면 Idle rpm이 대략 2800 rpm 쯤 됩니다.  High Idle 상태에서 부하가 걸리면 Rpm이 떨어지면서 2400 tpm에서 최대 출력이 나오므로 더 이상 떨어지지 않고 거기서 나오는 출력으로 일을 하는 것입니다.   


전차는 자동차랑 비슷하다고 보면 될 것 같습니다.  그리고 제가 보는 기준에 의하면 Light Duty 차량입니다.


Duty를 판단하는 것은 그 장비를 시동을 걸어서 운전을 하고 시동을 끌 때까지의 시간 동안 평균 부하 율을 보는 것인데, 전차의 경우는 승용차 정도의 부하율이 걸릴 겁니다.  그러니까 운전하는 내내 정격 출력을 거의 뽑아서 작동하는 장치가 아니라는 말입니다.  일반 주행도 승용차 정도이며, 전투 중에고 상당 시간은 매복, 어슬렁 어슬렁 운전을 할 겁니다.  그러다가 몇몇 순간에 고 기동 출력이 요구되는 그런 장비인 것입니다.  


K2 전차의 내구 테스트를 어떻게 하였는지가 궁금합니다.   9600 Km를 어떻게 운전했는가가 관건입니다.  9600 Km 내내 도로 주행같은 것을 했을 리는 없겠죠.  그 정도라면 거의 문제가 없었을 것입니다.  어떤 특정 운전 조건을 만들어서 이를 반복 하게 했을텐데 이를 모드라고 하지요.  어떤 테스트 모드를 만들어 사용했는지 모르나 9600 Km 내내 험로 경사로만 했는지 이따금 고속도로도 타게 했는지 알 길이 없습니다만, 이를 어떤 모드로 했느냐에 따라서 결과는 많이 달라집니다.  9600 Km 전체를 거친 험로와 경사로만 구성했다면 제 생각에는 레오파드나 그 어떤 전차도 감당하지 못했을 거라고 추정해 봅니다.  


테스트 모드를 알지 못하는 한에서 의견을 제시하기 조심스럽습니다만,


유튜브에 올라온 MSG 동영상에서 유용원 기자가 설명한 것을 들어 보면 추정컨대, 변속기 고장은 파워팩이 전차 차체 고정되는 부분(우리는 이를 마운팅이라고 부릅니다.)의 볼트가 부러지고 이어서 변속기가 고장난 듯한 뉘앙스입니다.  


아시는 분은 아시겠지만, 엔진과 변속기를 합쳐서 한 덩어리로 만들고 이 덩어리(팩)에 고정 마운팅이 있어서 이를 차체에 조립하지요.  보통 4 점식이지만 경우에 따라 3 점 식입니다.  


전차의 경우에는 엔진 + 변속 + 라디에이터 를 직육각형처럼 만들고 이를 밀리타리 파워팩이라고 부릅니다.  제가 전차는 잘 몰라서 마운팅이 몇 개인지는 모르지만, 역시 4 점식이 아닐까 생각합니다.  


그런데 추정이 맞다면, 변속기 자체를 진동없이 실험실에서는 문제 없으나 마운팅을 차체에 하고, 수천 시간을 달린 후에 깨져 나갔다면 이경우는 당연히 마운팅 문제로 봅니다.  마운팅에는 Isolation을 시켜주는 부분이 있는데, 진동을 못 견디다 파손되면 이런 현상에 이릅니다.


그런데 이런 문제는 생각보다 고치기 어렵습니다. 


즉 엔진 자체도 문제가 없고, 변속기도 단품 자체도 문제가 없고, 차체야 당연히 문제가 없을 터이지요.  그런데 이 셋을 조합하면 문제가 되는 경우가 있지요.  그건 진동 문제인데, 


에전에 이런 문제를 해결하기 위해서는 팩을 가지고 모달 테스트해서 진동 특성을 파악하고요. 다음에 차체 운전에서 고유 진동수를 비롯한 댜다음 일부 공명이 일어날 수 있는 부분을 수정해야 합니다.   어렵습니다.  


마운팅 위치도 이 차체에는 이미 지정되어 있습니다.  그러니 마운팅 위치를 바꾸작고 할 수도 없는 문제입니다.  (마운팅 위치를 바꾸면 쉽게 해결될 수도 있지요) 


변속기 무게를 바꾼다든지 무게 중심에서 보는 모멘트를 바꾸기 위해서 무게 이동을 하든지..... 


먼저 글에서도 말했었죠.   디트로이트 디젤 + 앨리슨 변속기 조합도 k1 전차에서 깨져 나갔다는 거 말입니다.  디트로이트 엔진도 밀리타리 스펙이었고, 앨리슨도 밀리스펙으로 해외에서 팔리는 물건들이이었습니다.  그것도 미국 밀리타리 스팩입니다.  그것들이 내구성이 모자란 게 아니라 진동 특성이 안 맞았다고 봐야 하는 거죠.  


그런데 얼마 못 가서 깨진 것이 아니라 그래도 7천 몇 백킬로를 운전했다면, 거의 괜찮은 게 아닌가 싶습니다.   전차는 사실 Light Duty 차량이기 때문입니다. 


상용엔진을 밀리타리용으로 수정할 때는 피격, 충격, 험한 환경에서 버틸 수 있도록 보완해야 하는데,  그것들은 충분히 되었는지 모를니다.  가량 총알이나 파편이 라디에터에 맞추면 그냥 물이 새고 앤진은 과열때문에 운전 못하게 될 수 있지요.  라디에터 팩도 충분히 강화되어 있는지 잘 모르겠습니다.  국방부 품질하는 곳에서 알아서 했겠지요.



내 생각에는 엔진의 저속 토크를 올리고 (그러면 필연적으로 정격 출력이 좀 낮아집니다) 마력은 좀 낮추고, 테스트 모드를 내구 확인 아니라 신뢰성 확보 측면으로 조정하는 것이 나을 듯합니다.


테스트 모드가 가혹하다는 것은 전차는 Light Duty 운전이 되는 차량이기 때문에 그렇게 말하는 것입니다. 


그거 보다 더 중요한 것은 충돌, 피격, 피탄 등의 조건에서도 엔진이 가동될 수 있는가 같은 항목이 더 중요할 거 같습니다.  




댓글 5

  • best lwnk 2020-07-17 추천 2

    변속기 외부나사가 제대로 정렬되지 못한채 결속되어 파손된 것으로 원인조사가 된 것으로 알고있습니다.
    해당나사는 독일 수입품이라고 했습니다. 지적하신대로 시험시 반목되는 심한 heavy load 를 이 원인으로
    더 못 견디고 파손된 것 이라고 해석할 수있을 것 같습니다. 이 기회에 부족한 회피성능 등등 종합적인 해결책이 나왔으면 합니다.

  • lwnk 2020-07-17 추천 2

    변속기 외부나사가 제대로 정렬되지 못한채 결속되어 파손된 것으로 원인조사가 된 것으로 알고있습니다.
    해당나사는 독일 수입품이라고 했습니다. 지적하신대로 시험시 반목되는 심한 heavy load 를 이 원인으로
    더 못 견디고 파손된 것 이라고 해석할 수있을 것 같습니다. 이 기회에 부족한 회피성능 등등 종합적인 해결책이 나왔으면 합니다.

    댓글의 댓글

    등록
  • 솔개79 2020-07-17 추천 1

    고마력이 필요한 것은 경주용 차들입니다. 고속 고출력이면 최대 속도를 올리는 데는 좋지요. 그런데 0 --> 100 kM 가속은 저속 토크가 높아야 되는 것입니다. 디젤 승용차가 가솔린 승용차보다 가속성이 더 좋은 거 아시죠?

    댓글의 댓글

    등록
  • 심심이9x 2020-07-17 추천 0

    참 아이러니군요, 전차의 기동성을 높이기 위해 고마력 엔진을 채택했는데...

    막상 고마력 엔진이 0km 에서 가속시에는 가속능력이 굼뜬 물건이 되어서...기동성이 오히려 못해진 상황인데...
    이걸 다시 엔진의 마력수를 더 늘려보자 해서 늘리면, 거기에서 더 가속력이 떨어지는...

    무슨 고속운전하는 레이싱카 만드는것이 아니라, 0km 에서의 순간가속력을 요구하는 경우에는
    저속 토크 위주로 개선하여, 표시 최대 마력은 오히려 낮추는게 좋을수도 있겠군요..

    앞으로 장갑차량등의 엔진성능 요구조건에, 각 RPM 에서의 토크 같은것도 넣는것이 어떨까 싶네요..
    이걸 단지 최대마력으로만 요구조건을 설정하니 문제가 되는..

    댓글 (1)

    서장공주 2020-07-17 추천 1

    단순히 고마력엔진이 저속성능이 좋은건 아닌데 톤당 마력비만 계산해서 1500마력을 강요한게 아닌지 모르겠습니다.
    마력은 낮더라도 저속토크위주로 셋팅으로 바꾸는게 더 나을수있는데 정책담당자가 책상물림이라서 실제상황은 고려치 않았을가능성이 높은것같네요. 해외전차들은 1500마력이하고 톤당추력비가 k2보다 못해도 더 빠른 가속성능을 가진 전차들도 있는데요. 현기차의 뻥마력차량이 실제운전시 더 낮은 마력의 타 차종보다 느리거나 비슷한것처럼요..

    등록
등록